Синтез полуметаллического ферромагнетика Вейля с точечной поверхностью Ферми
Фермионы Вейля возникают как коллективные квантовые возбуждения электронов в кристаллах. Предсказывается, что они будут проявлять экзотические электромагнитные свойства, привлекая интенсивный интерес во всем мире. Однако, несмотря на тщательное изучение тысяч кристаллов, большинство материалов Вейля на сегодняшний день демонстрируют электропроводность, в основном контролируемую нежелательными, тривиальными электронами, скрывающими фермионы Вейля. Наконец, удалось синтезировать материал, содержащий одну пару фермионов Вейля и не имеющий нерелевантных электронных состояний. Работа, опубликованная в журнале Nature, стала результатом четырехлетнего сотрудничества CEMS, Междисциплинарной программы теоретических и математических наук RIKEN (iTHEMS), Центра квантово-фазовой электроники (QPEC) Токийского университета, Института исследований материалов Университета Тохоку и Наньянского технологического университета в Сингапуре.
Рис. Предложение Буркова–Баленца без многослойности.
Полуметалл Вейля был сконструирован из топологического полупроводника — теллурид висмута Bi₂Te₃. Полупроводники имеют небольшую "энергетическую щель", которая позволяет им переключаться между изолирующим и проводящим состояниями, формируя основу для коммерческого транзистора. Полуметаллы можно рассматривать как своего рода крайний предел полупроводника с нулевой «энергетической щелью», прямо на пороге между изолятором и металлом. Этот экстремальный случай остается чрезвычайно редким в реальных материалах. Возможно, наиболее известным примером является графен, который нашел применение в физике муара и гибкой электронике.
Одно из потенциальных применений — терагерцовые (ТГц) устройства. Полупроводники могут поглощать только фотоны с энергией, превышающей их энергетическую щель, что обычно исключает диапазон частот ТГц. В отличие от полупроводников, полуметаллы имеют исчезающую энергетическую щель, поэтому они могут поглощать низкочастотный свет, вплоть до терагерцовых частот.
